járműhidraulika és pneumatika
TRANSCRIPT
Járműhidraulika és pneumatika
Pneumatika előadás
Dr. Bécsi Tamás
A sűrített levegő tulajdonságai 1.
• Előfordulás: A levegő gyakorlatilag mindenhol korlátlan mennyiségben áll rendelkezésre.
• Szállítás: A sűrített levegő csővezetéken nagy távolságra egyszerűen, könnyen szállítható. Az elhasznált levegő visszavezetésére nincs szükség.
• Tárolhatóság: Egy kompresszornak nem kell állandóan üzemelni ahhoz, hogy a sűrített levegő folyamatosan rendelkezésre álljon. A sűrített levegő tartályban tárolható és onnan elvezethető, illetve tartályokban szállítható.
• Hőmérséklettűrés: A sűrített levegő a hőmérséklet-változásokra érzéketlen, ez lehetővé teszi a biztonságos alkalmazását különleges hőmérsékleti viszonyok között is.
• Biztonság: A sűrített levegő robbanás- és tűzbiztos, nincs szükség drága biztonsági berendezések alkalmazására.
Járműhidraulika és Pneumatika 2
A sűrített levegő tulajdonságai 2.
• Tisztaság: A sűrített levegő tiszta, tömítetlen vezetékeknél, elemeknél sem tud szennyeződés bekerülni a kiáramló levegő következtében. Erre a tisztaságra nagy szükség van például az élelmiszeriparban, fa-, textil-, és bőriparban.
• Felépítés: A munkavégző elemek felépítése egyszerű és ennek megfelelően olcsó.
• Sebesség: A sűrített levegő áramlási sebessége viszonylag magas, így jelentős munkasebességek elérését teszi lehetővé. (A pneumatikus munkahengerek dugattyúsebessége például 1-2 m/sec nagyságrendű.)
• Állíthatóság:Sűrített levegőnél a sebesség fokozatmentesen vezérelhető, ill. az erőkifejtés fokozatmentesen szabályozható.
• Túlterhelhetőség: A sűrített levegővel működő készülékek meghibásodás veszélye nélkül túlterhelhetők.
Járműhidraulika és Pneumatika 3
A sűrített levegő tulajdonságai 3.
• Előkészítés: A sűrített levegő gondos előkészítést igényel. Az energiahordozó szennyeződést és nedvességet nem tartalmazhat. Ez az elemek élettartamát csökkentené.
• Összenyomhatóság: A sűrített levegővel működő hengerekkel nem lehet terhelés-független, egyenletes, ill. állandó dugattyúsebességet biztosítani.
• Erőkifejtés: A sűrített levegő csak egy meghatározott erőkifejtésig gazdaságos. Normál üzemi nyomás (700 kPa, 7bar esetén) a lökettől és a dugattyúsebességtől függően, a határterhelés 20 000-30 000 N, 2000-3000 kp körüli érték.
• Kipufogás: A kipufogó levegő zajos. Napjainkra a kifejlesztett hangtompító anyagok ezt a problémát nagyrészt kiküszöbölték.
• Költségek: A sűrített levegő viszonylag drága energiahordozó. A magas energiaköltségek nagy részben olcsó elemekkel és nagy teljesítménnyel (működési sebesség) kompenzálhatók.
Járműhidraulika és Pneumatika 4
Az ideális gáz (áttekintés)
• A gázmolekulák saját térfogata elhanyagolható a gáz által betöltött térfogathoz képest
• A gázmolekulák egymásra sem vonzó, sem taszító hatást nem fejtenek ki, az ütközésektől eltekintve
• A gázmolekulák egymással illetve az edény falával való ütközése rugalmas
• A gázmolekulák átlagos sebességét és kinetikai energiáját a gáz hőmérséklete adja meg
• Azonos hőmérsékleten, azonos számú gázmolekula kinetikai energiája megegyezik, és független a gáz anyagi minőségétől
Járműhidraulika és Pneumatika 5
Gáztörvények (áttekintés)
• Boyle–Mariotte-törvény
• Gay-Lussac-törvény
• Charles-törvény
• Egyesített gáztörvény
• Nyomás-erő:
21
2
2
1
1 , VVhat
p
t
p
212211 , tthaVpVp
21
2
2
1
1 , pphat
V
t
V
állandót
Vp
t
Vp
2
22
1
11
pAF
Járműhidraulika és Pneumatika 6
A pneumatikus hálózat
levegőellátása
• Ahhoz, hogy a levegő megfelelően előkészítve
jusson el a pneumatikus hálózathoz, át kell esnie
bizonyos előkészítési folyamatokon:
• Előállítás kompresszorokkal.
• Tárolás légtartályokkal.
• Szárítás, hűtés és szennyeződések eltávolítása.
• Továbbítás a hálózatban.
• Kondenzvíz és olaj elvezetése.
Járműhidraulika és Pneumatika 7
Kompresszorok 1.
• A kültéri levegőt sűríteni kell, azaz megfelelő nyomásra hozni. A kompresszorok ennek megfelelően lecsökkentik a gáz térfogatát, növelik a nyomását, és járulékosan a hőmérsékletét.
• A kompresszorok működésük szerint alapvetően két csoportba oszthatóak: • Térfogatkiszorításos elven működő kompresszorok, ahol a levegő
valamilyen zárt téren keresztül, a szívó- és a kimenőcsonk között összenyomódik, vagy csak egyszerűen szállítódik. Ezek lehetnek egyenes vonalú mozgást alkalmazó, forgattyús mechanizmussal ellátott, vagy forgómozgású berendezések.
• Áramlásdinamikai elven működő kompresszorok, amelyek egy nyitott téren keresztül, gyorsítva sűrítik a levegőt.
Járműhidraulika és Pneumatika 8
Kompresszorok 2.
Lineáris, térfogatkiszorításos
• Lineáris mozgású forgattyús
• Dugattyús
• Membrán
Járműhidraulika és Pneumatika 9
Kompresszorok 2.
Rotációs, térfogatkiszorításos
• Roots
• Csúszólapátos
• Csavar
Járműhidraulika és Pneumatika 10
Kompresszorok 3.
Dinamikus áramlás elve
• Radiális
• Axiális
Járműhidraulika és Pneumatika 11
Kompresszorok vezérlése 1.
• Impulzusvezérlés, vagy leállásos szabályozás, melynek során a kompresszornak két szabályozható állapota létezik: bekapcsolt, és kikapcsolt. Ebben az esetben a kompresszor után jellemzően egy légtartály kerül beépítésre, és meg van adva egy alsó és felső nyomáskorlát, amelyek között kell tartani annak nyomását. A legegyszerűbb megoldásban tehát a kompresszor szabályozását egy hiszterézis adja meg: a kompresszor alsó korlátnál bekapcsol, felső nyomáskorlátnál pedig ki.
Járműhidraulika és Pneumatika 12
Kompresszorok vezérlése 2.
• A másik lehetőség a folyamatos szabályozás, ahol a szállított légmennyiséget szabályozzuk a maximális és a minimális értékek között. Alacsony teljesítményű rendszereknél megengedhető az ún. lefúvásos szabályozás, ahol a kimenőcsonkon a fölösleges levegő egy lefúvató szelepen keresztül a kültérbe távozik. Ez értelemszerűen pazarló megoldás, miután a kompresszor folyamatosan maximális teljesítményen dolgozik.
Járműhidraulika és Pneumatika 13
A nagynyomású levegő tárolása 1.
• Bár lehetséges, a legtöbb esetben nem célszerű a pneumatikus hálózatot direkt módon a kompresszorteljesítményével meghajtani.
• bizonyos kompresszorokból nem egyenletesen (lökésszerűen) távozik a levegő
• a pneumatikus hálózatok levegő-felhasználása sem egyenletes, viszont a kompresszor légszállítását a csúcsterhelésre kellene méretezni.
• Ezért szokás a sűrített levegőt ún. légtartályokban tárolni
Járműhidraulika és Pneumatika 14
A nagynyomású levegő tárolása 2.
• A légvezetékekben lévő nyomásingadozások kiegyenlítése;
• A sűrített levegő tárolása a hálózat kompresszorteljesítmény feletti időszakos igényeinek kiszolgálására;
• A kondenzátumok, olajcseppek összegyűjtése és levegőhűtés;
• A kompresszor gyors kapcsolásának megelőzése rövid periódusú terhelések esetén.
Járműhidraulika és Pneumatika 15
A nagynyomású levegő tárolása 3.
Tartály méretezése
• A rendszer egy ciklusban felvett
levegőmennyisége;
• A kompresszor szabályozási módja, pld.
Leállásos szabályozás esetén a kompresszor
átlagos kapcsolási periódusa;
• A hálózatban megengedhető nyomásváltozás,
nyomásesés mértéke.
Járműhidraulika és Pneumatika 16
Szennyeződések eltávolítása,
szárítás 1.
• A sűrített levegő tartalmazhat nem kívánatos járulékos elemeket. Ilyen például a rozsda, szennyeződés, por, olajcseppek, vagy a víz.
• Ezen elemek a pneumatikus hálózatot korrodálják, illetve erodálják, amelynek ilyetén módon hatásfoka csökken, és idővel elhasználódik.
• Amennyiben a pneumatikus hálózatba már előkészített, megfelelő tisztaságú és szárazságú levegő kerül, az eszközök élettartama megnő, a karbantartási és a csere ciklus megnyúlik.
Járműhidraulika és Pneumatika 17
Szennyeződések eltávolítása,
szárítás 2.
• Hűtéssel történő szárítás, amely során a levegőt harmatpont alá hűtjük, így a benne lévő pára kicsapódhat, és azt el lehet vezetni.
• Az adszorpciós szárítás során a levegőt egy olyan porózus anyagon vezetjük keresztül, amely így nagy felületen érintkezik a levegővel, és a vizet adszorbeálja.
• Az abszorpciós szárítás során a levegőt egy olyan kémiai anyagon vezetik keresztül, amely a benne található vizet leköti.
• A légszűrők a levegőben lévő csapadék mellett a szennyeződéseket is eltávolítják.
Járműhidraulika és Pneumatika 18
A nyomás kiegyenlítése
• A nyomásszabályozó szelep feladata a kimenő
nyomás állandó értéken tartása, a bejövő nyomás
ingadozásától függetlenül.
Járműhidraulika és Pneumatika 19
A levegő olajozása
• Nem minden esetben elvárás a levegő teljes
tisztítása, sok esetben a pneumatikus elemek
kenését is a levegőben szállított olajcseppekkel
lehet a leghatékonyabban elvégezni. Az olajozók
a Venturi-elvet kihasználva működnek, azaz egy
lecsökkentett keresztmetszeten áthaladó, így
felgyorsuló levegő egy olajtárolóval összekötött
fúvókát tartalmaz, így az olaj porlasztva
bekerülhet a légáramba.
Járműhidraulika és Pneumatika 20
A pneumatikus hálózat felépítése
• Egy vagy több előkészítőhely
• Fővezeték
• Zsákutca, fa, vagy körvezeték
• Nyomásesés
• Esés (1,5%) , Gyűjtők
• Munkaállomásokhoz tartozó alállomások
Járműhidraulika és Pneumatika 21
Aktuátorok
Légmotorok
• A forgómozgású végrehajtók a pneumatikus energiát mechanikus forgómozgássá alakítják.
• . A légmotorok kialakításuk szempontjából lehetnek: dugattyús, lapátos, fogaskerék, vagy áramlásdinamikai motorok. • A légmotor nem disszipál hőt leálláskor, vagy külső blokkoláskor. Amikor
a motor terhelése visszaáll arra a szintre, amely engedi a tengely elfordulását, a motor visszaáll üzemszerű működésre.
• A légmotorok kevésbé karbantartás-igényesek a hidraulikus motorokkal összehasonlítva.
• Nem szikráznak, így robbanásveszélyes környezetben jobban használhatóak.
• Az elektromos motorokhoz képest általában jobb teljesítmény/méret aránnyal bírnak.
• Alacsony a tehetetlenségük, így gyorsabban elérhetik az üzemi fordulatot, illetve gyorsabban fékezhetőek.
Járműhidraulika és Pneumatika 22
Aktuátorok
Munkahengerek 1.
• A munkahengerek a nyomás által kifejtett erőt alakítják elmozdulássá.
• A munkahenger belsejébe áramló közeg nyomási energiája a dugattyú felületére nyomást gyakorol, majd az ebből származó erő (F=P*A) azt mozgásba hozza.
• A dugattyú mozgásának iránya attól függ, hogy melyik oldalról lesz nagyobb ez az erő, természetesen a mozgás irányával szemben levő kamra tartalmát hagyni kell kiáramolni.
Járműhidraulika és Pneumatika 23
Aktuátorok
Munkahengerek 2.
• Az egyoldali dugattyúrúd kivezetéses munkahenger
esetén a dugattyú felülete a dugattyúrúd felőli
oldalon kisebb.
• A különböző felület jól használható, mivel vannak
olyan esetek amikor csak az egyik irányban fontos a
kifejtett erő nagysága.
• A dugattyúrúd nélküli és az átmenő dugattyúrudas
munkahengerek esetén a nyomás által kifejtett erő
mindkét irányban (az azonos felület miatt) azonos.
Járműhidraulika és Pneumatika 24
Munkahengerek csoportosítása 1.
• Működtető közeg szerint: • Pneumatikus
• Hidraulikus
• Lökethossz szerint: (L: lökethossz, D: dugattyúrúd átmérője) • Kis löketű (L / D < 1)
• Normál löketű (L / D < 15-30)
• Nagy löketű (L / D > 30)
• Létrehozott mozgás alapján: • Lineáris
• Forgó
Járműhidraulika és Pneumatika 25
Munkahengerek csoportosítása 2.
• Löketvégi-csillapítás szerint: • Löketvégi-csillapítás nélküli: nincs beépített fékezés a dugattyú
véghelyzete környékén. Ezeknél a hengereknél fontos, hogy a vezérlésnél gondoskodjunk a véghelyzeteknél történő lassításról. Általában olcsó munkahengerek.
• Löketvégi -csillapításos: a véghelyzet előtt egy kis szakaszon a közeg áramlási keresztmetszete korlátozódik, ennek köszönhetően fékként működik.
• Állítható: Állítható fojtással. Könnyebben optimalizálható a kívánt szempontokhoz
• Nem állítható: szerkezetileg kialakított, nincs lehetőség állításra
• Működtetés szerint: • Egyszeres működtetésű: csak az egyik mozgásirányba működtethető a
közeg nyomásával, a másik mozgásirányt vagy belső, például rugó erő, vagy külső például gravitációs erő, súlyerő biztosítja.
• Kettős működtetésű: mindkét mozgásirányba működtethető
Járműhidraulika és Pneumatika 26
Munkahengerek csoportosítása 3.
• Speciális kivitelek, felépítések szerint: • Dugattyúrúd mechanikus rögzítési lehetőséggel: ennek szükségessége
lehet például szállítási okok vagy egyéb üzemen kívüli állapotok
• Hőálló: nagyon magas, vagy nagyon alacsony hőmérsékleti tartományokra optimalizálva
• Korrózióálló: erős korrózió elleni védelemmel ellátott hengerek. A tömítések jobban zárnak, dugattyúrúd és a hengertest anyaga ellenáll a lúgos vagy savas kémhatásoknak, oxidációnak, ide tartozik például az eső elleni védelem is.
• stb.
• Vezérelhetőség szerint: • Vezérelhető
• Nem vezérelhető, például véghelyzet-csillapító, ütköző, sebesség- és erőkorlátozó
Járműhidraulika és Pneumatika 27
Munkahengerek típusai
Vezérelhető hengerek 1.
• dugattyúrudas hengerek
• véghelyzetek száma szerint • nincs meghatározható véghelyzete (például légkalapács)
• kétállású
• háromállású
• 4 állású (pl. két munkahenger a hátlapjukon egymáshoz szerelve)
• átmenő dugattyúrudas munkahenger (kétoldali dugattyúrúd kivezetéses)
• membrán hengerek
• dugattyúrúd nélküli hengerek • mechanikus csatlakozással
• a dugattyú és a mozgató rész között szalag tartja a kapcsolatot
• a dugattyúrúd közvetlenül van egybeépítve a mozgatott résszel
• mágneses csatlakozással.
Járműhidraulika és Pneumatika 28
Munkahengerek típusai
Vezérelhető hengerek 2.
• tömlőhengerek • az átmérő és a hossz arányának függvényében húzó-
vagy nyomó erő kifejtésére alkalmas: • húzó erő kifejtésére alkalmas, ha a palást felülete nagyobb mint
az átmérő által meghatározott felület (a nyomás a palást falán fejti ki a hatását)
• nyomó erő kifejtése esetén pont fordított a felületek aránya, vagyis a palást felülete kisebb, mint az átmérő által meghatározott felület.
• forgató vagy átrakó hengerek • fogaskerék-fogasléces
• lamellás
Járműhidraulika és Pneumatika 29
Egyszeres működtetésű
munkahenger
• csak az egyik oldalon van
nyomásbemeneti pont
• Ilyenkor a dugattyú nyugalmi
helyzetbe juttatását egy
megfelelően méretezett rugó
biztosítja, vagy a dugattyú
külső terhelése
Járműhidraulika és Pneumatika 30
Kettősműködtetésű munkahenger
• Ott alkalmazzák, ahol a
dugattyúnak visszafutáskor is
munkát kell végeznie
• Elvileg a henger lökethossza
korlátlan, azonban a dugattyú
első véghelyzetében a
dugattyúrúd kihajlását
figyelembe kell venni
Járműhidraulika és Pneumatika 31
Munkahenger löketvégi csillapítással
• A véghelyzet elérése előtt egy fékdugattyú elzárja a hengertérben lévő levegő szabad kiáramlását, így az csak a hengerfedélben elhelyezett fojtó-visszacsapó szelep változtatható keresztmetszetű fojtásán keresztül tud a továbbiakban áthaladni. A keresztmetszet csökkenés következtében a hengertérben a nyomás megnő, így a dugattyú fékezve, lassan éri el a véghelyzetet
Járműhidraulika és Pneumatika 32
Membránhenger
• A membránnal elválasztott terű hengerek
jellemzően egyszeres működtetésű, rugós
visszatérítésű hengerek, ahol a rugalmas henger
a dugattyút helyettesíti
• A membránhengerek rövid lökethosszal bíró, ám
nagy erőt kifejteni képes eszközök, szorításra,
nyomásra használják őket
Járműhidraulika és Pneumatika 33
Dugattyúrúd nélküli munkahengerek
Szalaghenger
• A szalaghenger esetén a dugattyúhoz nem rúd csatlakozik, hanem egy, a két oldalán rögzített szalag. A dugattyútérből kivezetve a szalag két csigával van kifeszítve, és a házon kívül kerül rárögzítésre a kocsi
• Nagyobb lökethossz
• Gyorsabb fáradás
Járműhidraulika és Pneumatika 34
Dugattyúrúd nélküli munkahengerek
Mágneses kuplunggal rendelkező h.
• A mágneses kuplunggal
rendelkező hengerek esetében a
kocsi és a dugattyú között
semmilyen mechanikus kapcsolat
nem áll fent.
• „Végtelen” lökethossz
• Jó helykihasználás
• Alacsony karbantartásigény
Járműhidraulika és Pneumatika 35
Forgatóhenger
• A dugattyúrúd belül fogasléc
kialakítású és egy fogaskerékhez
kapcsolódik, amely így kívül
forgómozgást végez
Járműhidraulika és Pneumatika 36
A munkahenger rögzítése
Rögzítés a hengertesten
Járműhidraulika és Pneumatika 37
rögzítés az előlapnál
rögzítés a középső részen
rögzítés a hátlapnál
rögzítés az elő- és hátlapon
• Merev rögzítés, a hengertest szabadságfokai
teljesen korlátozottak, ha ezt a megoldást
választjuk, akkor gondoskodni kell:
• a dugattyúrúd és a mozgatott elem közötti kapcsolat
szabadságáról, vagy
• a mozgatott elem
minél tökéletesebb
megvezetéséről
A munkahenger rögzítése
Csuklós rögzítés
Járműhidraulika és Pneumatika 38
• Csuklós rögzítés, ahol a lehetséges mozgások a
csap tengelye körül forgás, vagy gömbcsukló
esetén még a gömbi középpont körül bármely
irányba történő kismértékű elfordulás.
rögzítés a középső
részen
rögzítés a hátlapnál
rögzítés a hátlapnál
gömbcsuklósan
A munkahenger és a mozgatott elem
rögzítése
• Merev rögzítés, azaz a dugattyúrúd és a mozgatott elem között nincs elmozdulási lehetőség.
• Csuklós rögzítés, ahol a dugattyúrúd és a mozgatott elem között tengelyirányú forgás, gömbcsukló esetén még a gömbi középpont körül bármely irányban történő kismértékű elforgás lehetséges.
Járműhidraulika és Pneumatika 39
merev rögzítés
rögzítés nélkül
rögzítés a csuklósan
rögzítés gömbcsuklóval
Szelepek 1.
• A jeladó és vezérlő szervek a beavatkozó szervek működési folyamatát határozzák meg, ezeket összefoglaló néven szelepeknek (kapcsolóknak) nevezzük.
• A szelepek azok az elemek, amelyek befolyásolják az áramló közeg (levegő, olaj) útját, irányát, mennyiségét, nyomását.
• A szelep - a nemzetközi nyelvhasználatnak megfelelően - közös megnevezése az összes kapcsolóelemnek, azaz magába foglalja a tolózárakat, golyós szelepeket, tányérszelepeket, csapokat, stb.
Járműhidraulika és Pneumatika 40
Szelepek 2.
• Az irányítóelemek határozzák meg az áramló levegő útját, mennyiségét és nyomását. Az irányítóelemek specifikációját a DIN/ISO 1219 szabvány, a CETOP (Comité Europeen des Transmissions Oléohydrauliques et Pneumatiques) ajánlásai alapján tartalmazza. Az irányítóelemek funkciójuk alapján öt csoportba sorolhatók: 1. Útszelepek (útváltók)
2. Záró szelepek
3. Nyomásirányítók (nyomásszelepek)
4. Áramirányítók (áramlásszelepek)
5. Elzáró szelepek
Járműhidraulika és Pneumatika 41
Útszelepek
• Az útszelepek olyan elemek, melyek a sűrített levegő áramlási irányát-, nyitását, zárását határozzák meg.
• A kapcsolási rajzokon a szelepeket jelképi jelölésekkel ábrázoljuk. A jelképek a szelep szerkezeti kialakításánál nem adnak útmutatást, csak a funkciót ábrázolják.
• Alaphelyzet az a kapcsolási állás, amit pl. rugós visszaállításnál, a szelep mozgó részei nyugalmi helyzetben elfoglalnak.
Járműhidraulika és Pneumatika 42
Útszelepek
Csatlakozások jelölése
Funkció Régi
jelölés
CETOP szabvány
Energiaellátás P 1
Kimenő (munka) csatlakozók A, B, C 2, 4, 6
Kilevegőzés R, S, T 3, 5, 7
Vezérlés X, Y, Z 12, 14, 16
Járműhidraulika és Pneumatika 43
Útszelepek működtetése
• Az útszelepek működtetésének jelölése az útszelepek ábráin az adott állapotblokk melletti piktogram feltüntetésével történik.
• A működtetés módját négy alapvető csoportba sorolhatjuk, egy szelepet viszont ezek kombinációi is vezérelhetek: • Manuális működtetés, ebben az esetben mindig emberi
közreavatkozás szükséges a szelep működtetéséhez, amely lehet nyomógombos, karos illetve pedálos.
• Mechanikus működtetésről beszélünk, amikor a rendszer valamely mechanikus impulzusa működteti a szelepet, amely lehet tolókar vagy görgős kialakítás, de ide soroljuk a szelepek rugós alapállapotba állítását, is.
• Pneumatikus működtetés, ahol a szelep állapotváltozásai nyomás okozza. Lehet direkt vagy elővezérelt.
• Elektromágneses működtetés, jellemzően szolenoid hatására.
Járműhidraulika és Pneumatika 44
Útszelepek működtetése
Ábrai jelölés
Járműhidraulika és Pneumatika 45
Útszelep működésének ábrai jelölése
1.
• Az útszelepek elnevezése két információt ismertet:
• Hány csatlakozási pontja van a szelepnek, illetve
• Hány lehetséges állapota.
• Ennek megfelelően például egy 3/2-es szelep három csatlakozási ponttal bír,
jellemzően: 1-nyomásbemenet, 2-munkapont és 3-kipufogás; illetve két
állapottal: a)1-2 munkaállapot, b) 2-3 kipufogtatás.
• A kétállapotú szelepek lehetnek bistabil (két állandó állapotú) működésűek a
két állapot vezérlésének független megválasztásával, vagy monostabilak, rugós
alapállapotba-helyezéssel.
• A háromállapotú szelepek jellemzően vagy rugós középhelyzet beállításúak a
két szélső helyzet vezérlésének hiányában, vagy reteszelt karos kialakításúak.
Járműhidraulika és Pneumatika 46
Útszelep működésének ábrai jelölése
2.
Járműhidraulika és Pneumatika 47
Útszelepek szerkezeti kialakítása
• A teljesség igénye nélkül egy útszelep beépítésekor
felmerülő elvárások a következők lehetnek:
• Élettartam,
• Csatlakoztathatóság és méret,
• Működtetés módja, és a hozzá tartozó energiaigény,
• Ár, megvalósíthatóság,
• stb.
• Az útszelepek kialakítása alapvetően két csoportra
osztható: ülékes, és tolattyús szelepekre.
Járműhidraulika és Pneumatika 48
Ülékes szelepek
• Az ülékes szelepeknél a záróelem golyó, tányér vagy kúp. A szelepülék tömítése rugalmas tömítőelemek alkalmazásával, egyszerűen megoldható. Az ülékes szelepek kopóalkatrésze kevés, ezért élettartamuk nagy. Szennyeződésre lényegében érzéketlenek, felépítésük robosztus.
• A szelep kapcsolásához, azonban a rugóerő, továbbá a tápnyomásból adódó nyomóerő ellenében jelentős működtető erőre van szükség.
Járműhidraulika és Pneumatika 49
Ülékes szelepek
Golyós szelep
• Egyszerű felépítésűek,
ezért áruk kedvező
• A golyót vagy félgömböt –
mint záróelemet – egy
rugó és a
nyomáscsatlakozón érkező
tápnyomás szorítja a
szelepülékre.
Járműhidraulika és Pneumatika 50
Ülékes szelepek
Tányérszelep
• A tányérszelepek egyszerű
tömítéssel jó zárást valósítanak
meg. A kapcsolási idő rövid, kis
elmozdulással nagy átömlő
keresztmetszet nyitására
képesek. A golyós szelepekhez
hasonlóan szennyeződésre
érzéketlenek, élettartamuk nagy.
Járműhidraulika és Pneumatika 51
Körtolattyús szelep
• A körtolattyús szelepeknél a csatlakozási pontok egy hengeres térhez, a szelep belső teréhez csatlakoznak. Ezt a teret osztja több részre a hengeres körtolattyú, amely mozgatásával ezen csatlakozási pontok között lehet garantálni az átáramlást. A tolattyús szelepek így jellemzően kétirányú áramlást engedélyező szelepek. Mivel a nyomás nem „feszül neki” a záróelemnek, a tolattyú mozgatása könnyebb.
Járműhidraulika és Pneumatika 52
Forgótányéros szelep
• A forgótányéros szelepeket többnyire kézi-
vagy lábműködtetésűre készítik. Más működtetés
mód megválasztása nehézkes. A szelepek
általában 3/3-as, illetve 4/3-as kialakításúak
Járműhidraulika és Pneumatika 53
Pneumatikus időszelep
• A pneumatikus időszelepek feladata, hogy valamilyen késleltetést valósítsanak meg a hálózaton. Felépítésükben, ahogy azt a hálózati ábrájuk is mutatja, egy fojtásból, egy kisméretű légtartályból és egy 3/2-es rugós visszatérítésű útszelepből állnak.
Járműhidraulika és Pneumatika 54
Zárószelepek
• A zárószelepek olyan
irányítóelemek, melyek az
átáramlást egyik irányban
átengedik, másik irányban
pedig közel zérus
résveszteséggel zárják. A
fellépő nyomás, a zárási
oldalon a tömítés
hatékonyságát fokozza.
Járműhidraulika és Pneumatika 55
Visszacsapószelep
• A visszacsapó szelepek alapvetően háromféle kialakításúak lehetnek:
• Egyszerű visszacsapó szelep, ahol a zárást a mozgóelemre ható, záró irányból megjelenő nyomásból származó erő végzi.
• Rugós visszacsapó szelep, ahol a záróelemet rugó feszíti a szelep vállának, így nyitóirányban is csak akkor jöhet létre áramlás, amennyiben a tápnyomásból származó erő nagyobb a rugóerőnél.
• Vezérelt visszacsapó szelep, ahol az alapesetben zárt záró irányú áramlás megnyitható a vezérlőbemenettel.
Járműhidraulika és Pneumatika 56
Fojtás
• A fojtás egy egyszerű szűkítés az áramlási keresztmetszetben, amely lehet fix, vagy állítható.
• A fojtó-visszacsapó szelepeket munkahengerek dugattyúmozgásának sebességvezérlésére használják. Fojtó-visszacsapó szelepnél az átáramló levegőmennyiség befolyásolása csak egyik áramlási irányban lehetséges, ugyanis ekkor a visszacsapószelep lezár és az átáramlás csak a beállított fojtókeresztmetszeten történhet.
• Primer/Szekunder fojtás
Járműhidraulika és Pneumatika 57
Fojtás
Járműhidraulika és Pneumatika 58
Gyorslégtelenítő szelep
• A gyorskilevegőző szelepeket a dugattyúsebesség
növeléséhez alkalmazzák. Mindenekelőtt az
egyszeres működésű hengerek visszafutási ideje
csökkenthető beépítésével.
Járműhidraulika és Pneumatika 59
Váltószelep (VAGY elem)
• A váltószelepnek két bemenete (mindkettő 1 jelöléssel) és egy kimenete (2) van. Amennyiben az egyik bemeneti oldalon nyomás jelentkezik, a záróelem elzárja a másik bemenetet, és ezzel egy időben szabaddá válik az áramlás a 2-es kimenet irányába. Ugyanez a helyzet, ha a másik bemeneten jelenik meg a nyomás. Így a két bemenet között nem jöhet létre áramlás.
Járműhidraulika és Pneumatika 60
Kétnyomású szelep (ÉS elem)
• A kétnyomású szelepnek szintén két bemenete van (mindekttő 1-es jelöléssel) és egy kimenete (2). A kimenet felé történő levegőáramlás csak a két bemenet együttes jelenlétekor következik be. Amennyiben csak az egyik bemeneten jelenik meg nyomás, az erőt fejt ki a tolattyúra, ami a közös tér külső falának feszül, így azonban elzárva az áramlás útját.
Járműhidraulika és Pneumatika 61
Elzáró szelepek
• Az elzáró szelepek a sűrített levegő átáramlását
fokozatmentesen nyitják, illetve zárják.
Járműhidraulika és Pneumatika 62
Elektropneumatikai kitekintés 1.
• Manapság ritkák a tisztán pneumatikus
hálózatok, melyek oka, hogy a pneumatikus
szabályozás nem rugalmas, újratervezése,
módosítása költség- és anyagigényes, a
szabályozó logika tisztán pneumatikus elemekből
való felépítése pedig költséges, és helyigényes
feladat.
Járműhidraulika és Pneumatika 63
Elektropneumatikai kitekintés 2.
• Az elektropneumatikus vezérlésnek az alábbi előnyeit sorolhatjuk fel a tisztán pneumatikus hálózatokkal szemben: • Magasabb megbízhatóság, könnyebben megvalósítható
redundancia, kevesebb mechanikus alkatrész.
• Alacsonyabb tervezési, beruházási és üzembehelyezési költség.
• Kisebb helyszükséglet.
• Gyorsabb működés, alacsonyabb működtetési költség.
• Könnyebb karbantarthatóság.
• Könnyebb átprogramozhatóság, skálázhatóság.
Járműhidraulika és Pneumatika 64
Elektropneumatikai kitekintés 3.
Járműhidraulika és Pneumatika 65
Hálózati funkció Pneumatikus hálózat Elektropneumatikus
hálózat
Végrehajtás,
aktuátorok
Aktuátorok: munkahengerek és légmotorok
Vezérlőjel Útszelepek, jelerősítés
céljából
Mágnesszelepek
Jelfeldolgozás,
szabályozás
Útszelepek, logikai
szelepek, időszelepek
stb.
Relés, vagy PLC-s
szabályozás
Érzékelés (Pneumatikus)
Nyomógombok,
érzékelők,
végálláskapcsolók
(Elektromos)
Végálláskapcsolók,
nyomógombok,
közelítő kapcsolók.
Hálózati példák
Direkt és indirekt vezérlés 1.
• Valósítsa meg az egyszeres működtetésű
munkahenger aktiválását nyomógombbal!
Mutassa be a direkt, és az indirekt vezérlés
közötti különbséget!
Járműhidraulika és Pneumatika 66
2
1 3
2
1 3
2
1 31 S
1 A 1 A
1 S
1 V
Direkt vezérlés Indirekt vezérlés
Hálózati példák
Direkt és indirekt vezérlés 2.
• Magyarázat: A rendszer aktiválása mindkét esetben egy monostabil (rugós visszatérítésű) 3/2-es, alapállapotban zárt szeleppel valósítható meg.
• Direkt vezérlés esetén a bemeneti és a vezérlő elem megegyezik, ez egyszerűbb hálózatot eredményez.
• Az indirekt vezérlés esetén a bementi szelep egy közbeiktatott vezérlőszelepet aktivál. Általánosságban az indirekt vezérlés a jellemző, melynek oka lehet a bemeneti szelep és az aktuátor nagy távolsága, így alacsonyabb lehet az energiaveszteség. Ekkor nem szükséges, hogy a szabályozó nyomás, és a munkanyomás megegyezzen, így „erősítőfokozat” is megvalósítható.
Járműhidraulika és Pneumatika 67
Hálózati példák Kettős működtetésű munkahenger indirekt vezérlése 1.
• Valósítsa meg az kettős működtetésű
munkahenger aktiválását nyomógombbal!
Járműhidraulika és Pneumatika 68
2
1 3
4 2
5
1
31 S
1 V
1 A
• A kettős működtetésű munkahenger mozgásához a két bemenetét szabályozottan kell táplálni. Ehhez a legegyszerűbb indirekt vezérlési megoldás egy monostabil 5/2-es útválasztó szelep alkalmazása, amely felváltva táplálja, illetve vezeti el a munkahenger két oldalát.
Hálózati Példák
Vagy kapcsolat
• A feladat egyértelműen
definiálja a logikai VAGY
kapcsolatot, amelyet egy
váltószeleppel (1V1) lehet
könnyen megvalósítani. Az
ábrán látható hálózat
tartalmaz továbbá egy
egyszerűsített energiaellátó
blokkot is.
Járműhidraulika és Pneumatika 69
2
1 3
2
1 3
1 A
1 S1
1 V2
1 1
2
2
1 3
1 S2
1 V1
2
1 3
0 Z
0 S Energiellátás
Vezérlés
Hálózati Példák
És kapcsolat
• A feladat egyértelműen definiálja a logikai ÉS kapcsolatot, amelyet egy kétnyomású szeleppel (1V1) lehet könnyen megvalósítani, hasonlóan az előző feladathoz. Az és kapcsolat vagyis, hogy a vezérlő jel csak a két nyomógomb együttes megnyomásakor jusson el a munkahenger vezérlőszelepéhez a két bemenet „sorba kötésével” is megvalósítható, mint ahogy az ábrán látszik is. (1S1 2 – 1S2 1)
Járműhidraulika és Pneumatika 70
2
1 3
2
1 3
1 A
1 S1
1 V2
2
1 3
1 S2
1 V1
1 1
2
2
1 3
2
1 3
1 A
1 S1
1 V1
2
1 3
1 S2
Hálózati példák
Kapcsolás késleltetés időszeleppel
• Adott egy ragasztógép. A feladata, hogy két munkadarab beérkezésekor, melyet az (1S1) szelep érzékel, szorítsa össze azokat, majd adott idő múltán engedje el őket.
Járműhidraulika és Pneumatika 71
• A feladat megvalósítható egy kettős vezérlésű munkahenger indirekt vezérlésével egy pneumatikus működtetésű 5/2-es bistabil szelep (1V3) felhasználásával. Az (1S1) szelep jelére a munkahenger kitér, amit az (1V1) szelep érzékel. Ez hozza működésbe az (1V2) időkapcsolót, amely bekapcsolás késleltető funkciót hajt végre, azaz a bistabil szelepet csak a megadott idő után állítja alaphelyzetbe, így az adott ideig a munkahenger kitérő állapotban van.
Hálózati Példák
Jelrövidítés időszeleppel
• A feladat egy rugós visszatérítésű munkahenger vezérlése oly módon, hogy a munkahenger egy kapcsoló megnyomására kitérjen, de a kapcsoló nyomva tartásától függetlenül adott idő múlva alaphelyzetbe térjen, azaz a vezérlő jel hosszát adott időegységre korlátozzuk
Járműhidraulika és Pneumatika 72
• A feladat megoldható egy alaphelyzetben nyitott, kikapcsolás késleltető időszelep (1V1) felhasználásával. A bekapcsoló szelep (1S1) munkapontja az időszelep nyomásbemenetére, és vezérlőbemenetére is rá van kötve. Így, amikor a nyomógomb megnyomásra kerül, az időszelep a nyomást rögtön továbbvezérli a munkahengerre, ami így kitér. Eközben azonban elkezd feltöltődni az (1V1) szelep légtartálya, és az adott idő után kikapcsol, a munkahenger pedig a gomb nyomva tartásától függetlenül alaphelyzetbe tér. A gomb felengedésekor az időszelep légtartálya kipufoghat, így az egész folyamat elölről kezdhető.
H.P. Kettős működtetésű
munkahenger automatikus vezérlése
• Valósítsa meg a kettős működtetésű munkahenger automatikus vezérlését! A munkahenger folyamatos alternáló mozgást végezzen egy engedélyező kapcsoló bekapcsolása esetén!
Járműhidraulika és Pneumatika 73
• A kettős működtetésű munkahenger folyamatos alternáló (oda-vissza) mozgásának biztosításához érzékelni kell a munkahenger végállapotait, és ezek elérésekor ellenirányú vezérlést kell rá kiadni. Ezt két görgős vezérlésű 3/2-es monostabil szeleppel lehet megoldani. (1V1, 1V2) Azonban ezen érzékelők csak a végállást érzékelik, a középállapotban lévő munkahenger így nem kapna vezérlést. Ezért a végálláskapcsolók kimenetét nem közvetlenül a munkahengerre, hanem egy bistabil 5/2-es szelep vezérlőbemenetére kell kapcsolni. (A szelep működése logikailag egy SR tárolónak felel meg, ahol 12-S, 14-R, Q-2, Q-4.)
Hálózati példák
Alternatív kapcsoló
• Valósítsa meg az egyszeres működtetésű rugós visszatérítésű munkahenger vezérlését alternatív kapcsolókkal! A munkahenger bármelyik kapcsolóval (1S1,1S2) lehessen egymástól függetlenül kitéríteni, és visszaengedni.
Járműhidraulika és Pneumatika 74
1 1
2
4 2
51
3
4 2
51
3
1 1
2
1 1
2
1 A
1 S11 S2
1 V1 1 V2
1 V3
• A feladat definíció szerint a két jel ekvivalenciájaként (de megoldható antivalenciaként is) értelmezhető, azaz a vezérlés: , ahol F az (1A) vezérlése, A-(1S1), B-(1S2) munkahelyzete. A vezérlést az (1V1,1V2) VAGY szelepek, és az (1V3) ÉS szelep valósítja meg.4
BAABF
Hálózati Példák
3/2-es szavazólogika
Járműhidraulika és Pneumatika 75
][))()(( ACBCABFvagyCBCABAF
Hálózati példák
Csomagátrakó Gép
• Tervezzen tisztán pneumatikus vezérlést az ábra szerinti csomagemelő berendezésre. A berendezés az „A” munkahenger tálcájára érkező csomagot felemeli, amelyet a „B” munkahenger továbbít. Az „A” munkahenger alaphelyzetbe áll, és amíg a B munkahenger is visszahúzódik, újabb csomag érkezik a tálcára, így a ciklus újraindulhat.
Járműhidraulika és Pneumatika 76
1 2 3 4 5
A
B
Hálózati példák
Csomagátrakó Gép
• A feladat egy automatikusan működő, négyállapotú állapotgépet definiál. A négy állapotot két memóriaelemmel (1V5, 1V6) tudjuk leírni. Az állapotok közötti váltást a munkahengerek egyes végállásai működtetik. A végállásokat a görgős működtetésű 3/2-es útszelepek (1V1,1V2,1V3,1V4) érzékelik. Fontos megjegyezni, hogy a jelenlegi példa az egyik legegyszerűbb ilyen elrendezés, miután minden állapotváltozást egy jellel vezérlünk, nem a jelek kombinációjával. Ráadásul, mivel a munkahengerek felváltva mozognak, mindig valamelyik végállapota mozgatja a másik munkahengert, így a jelen kapcsolás (de ez nem mondható el általánosságban) megvalósítható memóriaelemek nélkül is.
Járműhidraulika és Pneumatika 77
Hálózati példák
Csomagátrakó Gép memóriaelemmel
Járműhidraulika és Pneumatika 78
Hálózati példák
Csomagátrakó Gép memória nélkül
Járműhidraulika és Pneumatika 79
Vége
Köszönöm a figyelmet
Járműhidraulika és Pneumatika 80